Karakterisasi Optik Film LiTaO3 yang ditumbuhkan di atas Substrat Silikon Tipe-P pada Variasi Suhu Annealing.

i

KARAKTERISASI OPTIK FILM LiTaO3
YANG DITUMBUHKAN DI ATAS SUBSTRAT SILIKON
TIPE-P PADA VARIASI SUHU ANNEALING

IRA UKHTIANINGSIH

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

iii

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakterisasi Optik
Film LiTaO3 yang ditumbuhkan di atas Substrat Silikon Tipe-P pada Variasi Suhu
Annealing adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan

belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2015

Ira Ukhtianingsih
NIM G74110041

ABSTRAK
IRA UKHTIANINGSIH. Karakterisasi Optik Film LiTaO3 yang
ditumbuhkan
di atas Substrat Silikon Tipe-P pada Variasi Suhu Annealing.
Supervised by IRZAMAN and AKHIRUDDIN MADDU.
Telah berhasil dibuat film tipis LiTaO3 di atas substrat Silikon (100) tipe-p
dengan metode Chemical Solution Deposition (CSD) dan spin coating
berkecepatan putar 3000 rpm selama 30 detik dalam kelarutan 1 M. Film tipis di
annealing pada suhu 550 ⁰C, 575 ⁰C, 600 ⁰C dan 625 ⁰C selama waktu tahan 8

jam dengan laju kenaikan suhu 1.67 ⁰C/menit. Hasil uji optik menunjukkan film
LiTaO3 dapat mengabsorpsi cahaya tampak pada near infrared sehingga dapat
digunakan sebagai cikal bakal sensor inframerah. Analisis energi gap
menggunakan metode Tauc Plot diperoleh hasil nilai 2.649 eV, 2.949 eV, 2.744
eV dan 2.752 eV. Hasil uji sifat listrik memperlihatkan film LiTaO3 bersifat
semikonduktor dan konduktif. Analisis XRD film LiTaO3 membentuk struktur
kristal hexagonal memiliki parameter a=b=5.153 Å and c=13.89 Å.
Kata kunci: Energy Gap, LiTaO3, optik, silikon tipe-p, XRD
ABSTRACT
IRA UKHTIANINGSIH. Characterization Optical LiTaO3 Thin Film is growth
upper on silicon type-p. Supervised by IRZAMAN and AKHIRUDDIN
MADDU.
It has successfully grown LiTaO3 thin films upper side on silicon type-p
[Si(100)] with method Chemical Solution Deposition (CSD) and spin coating.
Rotation speed 3000 rpm for 30 second with solubility 1 M. LiTaO3 thin films
prepared by spin coating and heat treated at 550⁰ C, 575 ⁰C, 600 ⁰C and 625 ⁰C
for increasing speed of degree 1.67 ⁰C/minutes. Optical test results
characterization LiTaO3 thin films absorbs in the wavelength UV rays and near
infrared. It concludes that LiTaO3 promise to be used for infrared sensor. LiTaO3
thin film is near of transition indirect. Energy Gap Analysis using method Tauc

Plot obtained 2.649 eV, 2.949 eV, 2.744 eV and 2.752 eV. The result of
conductivity LiTaO3 is semiconductor and conductive. XRD Analysis LiTaO3 thin
films formed hexagonal. It showed parametric a=b=5.153 Å and c=13.89 Å.
Keywords: Energy Gap, LiTaO3, optical, silicon type-p, XRD

3

KARAKTERISASI OPTIK FILM LITIUM TANTALAT
(LiTaO3) DITUMBUHKAN DI ATAS SUBSTRAT SILIKON
TIPE-P PADA VARIASI SUHU ANNEALING

IRA UKHTIANINGSIH
G74110041
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Sains pada
Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan
rahmat, karunia dan hidayah-Nya kepada saya sebagai penulis sehingga dapat
menyelesaikan skripsi yang berjudul. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat
kelulusan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains program sarjana di Departemen
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang terlibat dalam
melakukan penelitian ini, terutama kepada
1. Papa dan Mamah tercinta atas doa, semangat dan dukungannya.
2. Eyang Putri dan Paman tersayang atas doa, semangat dan dukungannya.
3. Dua adikku (Ikhwan dan Fitrah) tersayang atas canda tawa dan
bantuannya.
4. Bapak Dr. Irzaman sebagai pembimbing skripsi yang selalu memberikan
motivasi dan semangat untuk menyelesaikan penelitian ini serta
menyempatkan waktunya untuk berdiskusi dalam penyusunan skripsi ini.
5. Bapak Dr. Akhiruddin sebagai pembimbing skripsi yang membantu

sumber-sumber literatur serta menyempatkan waktunya untuk berdiskusi
dalam penyusunan skripsi ini.
6. Bapak Husin Alatas sebagai penguji atas saran dan masukannya.
7. Bapak Moh. Nur Indro selaku Dosen Editor atas bantuannya
menyelesaikan skripsi ini.
8. Bapak Firman (TU Fisika) atas semua bantuannya.
9. Keluarga Fisika 48, angkatan 47 dan angkatan 49 atas segala bantuan,
semangat dan kebersamaannya selama di IPB.
10. Kak Agus Ismangil, Kak Dahrul, Kak Ade dan partner penelitian Yulia
Sani yang membantu teknis penelitian.
11. Ibu Kost dan Teman-teman kost Wisma Shambala : Kak Cici, Kak
Rena, Mbak Ais atas semua kebersamaan dan canda tawanya.
12. Bapak Bambang atas bantuannya di Laboratorium Analisis Bahan
Departemen Fisika IPB.
13. Bapak Warya yang membantu proses metal organic di Laboratorium
MOCVD ITB.
14. Beasiswa Bidik Misi IPB telah mendanai penelitian dan dukungan moril
selama kuliah berlangsung.
Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat untuk kita semua.
Keterbatasan manusia membuat penulis merasa perlu kritik dan saran yang

membangun bagi kemajuan aplikasi material yang dikembangkan ini..

Bogor, Juni 2015
Ira Ukhtianingsih

7

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

1

Tujuan Penelitian

1

Manfaat Penelitian

2

Ruang Lingkup Penelitian

2

TINJAUAN PUSTAKA

2

METODE

7

Tempat dan Waktu Penelitian

7

Alat dan Bahan

7

Karakterisasi Sifat Optik

8

HASIL DAN PEMBAHASAN

12

Hasil Karakterisasi X-ray Diffraction (XRD)

12

Karakterisasi Sifat Optik (Metode Tauc Plot)

13

Konduktivitas

17

Konstanta Dielektrik

18

SIMPULAN DAN SARAN

19

Simpulan

19

Saran

19

DAFTAR PUSTAKA

20

LAMPIRAN

21

RIWAYAT HIDUP

38

DAFTAR TABEL
Tabel 1
Tabel 2
Tabel 3
Tabel 4
Tabel 5
Tabel 6
Tabel 7
Tabel 8
Tabel 9

Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur hexagonal
Hubungan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film LT
Perhitungan parameter kisi LiTaO3 setelah proses annealing
550 ˚C, waktu tahan 8 jam
Perhitungan parameter kisi LiTaO3 setelah proses annealing
575 ˚C, waktu tahan 8 jam
Perhitungan parameter kisi LiTaO3 setelah proses annealing
600 ˚C, waktu tahan 8 jam
Perhitungan parameter kisi LiTaO3 setelah proses annealing
625 ˚C, waktu tahan 8 jam
Contoh Perhitungan nilai Energi Gap LiTaO3 pada suhu 550 ˚C
Data Variasi tiga Sampel Konduktivitas Listrik Film LiTaO3
pada frekuensi 1000 KHz
Data Konstanta Dielektrik Film LiTaO3

13
17
25
26
27
29
33
34
36

DAFTAR GAMBAR
Gambar 1
Gambar 2
Gambar 3
Gambar 4
Gambar 5
Gambar 6
Gambar 7
Gambar 8

Prinsip Kerja XRD, sumber Sinar-X dan detektor pada XRD
Spektrum konduktivitas listrik dan resistivitas
Kapasitor keping sejajar
Proses Penumbuhan Film Tipis
Film LiTaO3 tampak samping
Proses Annealing
Set-up alat uji optik
Spektral Struktur Kristal LiTaO3 suhu 550 ˚C, 575 ˚C, 600 ˚C,
dan 625 ˚C
Gambar 9 Grafik Absorbansi dan panjang gelombang dengan perlakuan
suhu annealing
Gambar 10 Grafik Reflektansi dan panjang gelombang dalam rentang
spektrum cahaya tampak
Gambar 11 Grafik bantuan perhitungan Energy Gap
Gambar 12 Grafik bantuan perhitungan konduktivitas

5
5
8
11
11
14
15
16
17
18
19
21

DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram Penelitian
Lampiran 2 Bahan dan Alat Pembuatan Film LiTaO3
Lampiran 3 Perhitungan ketebalan Film LiTaO3
Lampiran 4 Data XRD
Lampiran 5 Contoh perhitungan Energy Gap LiTaO3
Lampiran 6 Data konduktivitas listrik
Lampiran 7 Data konstanta dielektrik

21
22
23
24
33
34
36

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring perkembangan zaman, ilmu pengetahuan dan teknologi mengalami
kemajuan yang pesat. Salah satu ilmu untuk mengembangkan dunia teknologi
adalah ilmu fisika diantaranya fisika material. Perkembangan fisika material
menarik perhatian ahli fisika karena keunikan sifat-sifat dan struktur material.
Material ferroelectric dimanfaatkan untuk kebutuhan perangkat elektronika.
Peran bahan ferroelectric LiTaO3 sangat menjanjikan pada perkembangan
divais sel surya.1,2 LiTaO3 merupakan objek yang diteliti secara intensif selama
beberapa tahun karena memiliki sifat-sifat yang unik diantaranya sifat hysteresis
dan tetapan dielektrik yang tinggi serta kapasitas penyimpan muatan yang tinggi
dapat diaplikasikan pada sel memori Dynamic Random Acsess Memory (DRAM).
Material yang digunakan adalah litium tantalat (LiTaO3), bahan material yang
memiliki sifat piezo-electric dalam penerapannya diaplikasikan mikroaktuator dan
sensor.3
Metode pembuatan lapisan tipis secara umum dikelompokkan menjadi dua
yaitu metode vakum dan non-vakum. Untuk metode vakum terdiri dari PVD,
Laser Ablation, Ion Planting, dan CVD. Sedangkan untuk metode non vakum
yaitu CSD (Chemical Solution Deposition). Keunggulan dari metode CSD
(Chemical Solution Deposition) adalah dapat mengontrol stokiometri film dengan
kualitas yang baik, prosedur yang mudah dan membutuhkan biaya yang relatif
murah. Spin coater yang digunakan memakai kecepatan putar 3000 rpm dan
waktu putar selama 30 detik.4
Film Litium Tantalat (LiTaO3) merupakan material generasi UV dan
cahaya tampak mengalami peningkatan karena secara luas meningkat pada tepi
UV. Material ini menarik perhatian karena memberi harapan ke generasi baru
berkaitan dengan sifat-sifat unik yang dimilikinya. LiTaO3 memperlihatkan pita
absorsi pada penyerapan gelombang UV secara meluas hingga 400 nm dan
menyempit pada cahaya tampak berwarna hijau kebiru-biruan (cyan) dapat
membuat masalah pada generasi berkekuatan tinggi. Salah satu efek pada
peningkatan suhu termal berupa pembentukan kristal yang dikalkulasikan data
absorbansi.5
Perumusan Masalah
Dalam pengembangan sensor inframerah dikaji struktur kristal LiTaO3
pada suhu annealing 550 ˚C, 575 ˚C, 600 ˚C dan 625 ˚C selama waktu tahan 8
jam, kemudian dilakukan pengujian sifat optik film LiTaO3, dan konduktivitas
listrik film LiTaO3 serta menghitung konstanta dielektrik film LiTaO3.

2

Tujuan Penelitian
Pada penelitian ini dilakukan pemanasan dengan variasi suhu annealing
550˚C, 575˚C, 600˚C dan 625˚C dengan waktu tahan κ jam dilakukan dengan
berdasarkan penelitian film LiTaO3 terbentuk struktur kristal pada suhu curie 601
± 5.5 ˚C. Film tipis ini dilakukan uji sifat listrik dan karakterisasi optik.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah film LiTaO3 dapat
diaplikasikan menjadi cikal bakal sensor berdasarkan sifat optik dan listriknya.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada penentuan parameter optik
menggunakan persamaan Tauc Plot dan parameter listrik menggunakan LCR
meter.
Hipotesis
Film LiTaO3 mempunyai karakteristik komponen elektronik dioda yang
mempunyai serapan pada panjang gelombang cahaya tampak yang dapat
digunakan sebagai cikal bakal sensor inframerah.
TINJAUAN PUSTAKA
Litium Tantalat (LiTaO3)
Litium tantalat (LiTaO3) merupakan suatu bahan yang memiliki keunikan
dari segi sifat pyroelectric dan piezoelectric yang terpadu dengan stabilitas
mekanik dan kimia yang baik. Oleh karena itu LiTaO3 sering digunakan untuk
beberapa aplikasi misalnya modulator electro-optical dan detektor pyroelectric.
LiTaO3 merupakan kristal non-hygroskopis, tidak berwarna, larut dalam air,
memiliki tingkat transmisi yang tinggi dan tidak mudah rusak sifat optiknya.
LiTaO3 merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta
kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi.4
Pembuatan LiTaO3 menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya
murah dan dilakukan dalam waktu relatif singkat. LiTaO3 merupakan campuran
hasil reaksi antara Litium asetat [(LiO2C2H3), 99,9%] dan Tantalum oksida
[(Ta2O5), 99,9%]. Berikut ini persamaan reaksi menghasilkan LiTaO3 :
2 LiO2C2H3 + Ta2O5 + 4O2  2 LiTaO3 + 3 H2O + 4 CO2
LiTaO3 merupakan kristal ferroelectric yang mengalami proses suhu currie
tinggi sebesar (601 5,5) oC. Massa jenis LiTaO3 sebesar 7,45 g/cm3 yang
digunakan untuk menghitung ketebalan film.6 LiTaO3 merupakan objek yang
diteliti secara intensif selama beberapa tahun terakhir karena memiliki sifat yang
unik. Berdasarkan penelitian, bahan LiTaO3 merupakan semikonduktor tipe-p
karena konsentrasi elektron yang dimiliki oleh material LiTaO3 tersebut lebih
banyak dibandingkan dengan konsentrasi hole-nya.2

3

Silikon (Si)
Silikon (Si) adalah unsur yang banyak terdapat di bumi ini. Silikon adalah
semikonduktor pengganti germanium. Sebuah atom silikon terisolasi mempunyai
14 proton dan 14 elektron.7 Bahan semikonduktor yang paling banyak adalah
kristal silikon, yang merupakan unsur dari kelompok IVA dalam sistem periodik
unsur-unsur. Sebagian besar unsur bebas silikon tidak ditemukan di alam. Oleh
karena itu, silikon dihasilkan dengan mereduksi kuarsa dan pasir dengan karbon
yang berkualitas tinggi. Silikon untuk penggunaan semikonduktor dimurnikan
lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona kristal czochralski. Kristal silikon
ini memiliki kilap logam dan mengkristal dengan struktur intan.8 Kristal silikon
merupakan semikonduktor intrinsik, yaitu semikonduktor
murni yang belum
dicampur atau dikotori oleh atom lain. Pada suhu 0 K, kristal silikon bersifat
sebagai isolator karena memiliki pita konduksi yang kosong. Namun, ketika
dipanaskan, elektron mendapat energi.8
Annealing
Proses annealing merupakan suatu proses pemanasan yang diberikan
kepada material dengan menaikkan suhunya dalam rentang waktu yang panjang
sehingga mencapai suhu kristalisasi kemudian menurunkannya secara perlahan
hingga suhu pada tungku anneal mencapai suhu ruang. Proses annealing
digunakan untuk mengurangi tekanan, meningkatkan kehalusan butir,
meningkatkan kehomogenan butir, meningkatkan kekerasan dan menciptakan
suatu struktur mikro yang spesifik.9,10 Tahapan dari proses annealing ini dimulai
dengan memanaskan material sampai suhu yang diinginkan, menahan pada suhu
tersebut selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan
kemudian mendinginkan material tadi dengan laju pendinginan yang cukup
lambat hingga suhu kamar.
Proses annealing pada suhu yang berbeda akan menghasilkan karakterisasi
film yang berbeda dalam hal struktur kristal, ukuran butir dan ketebalan. Proses
annealing yang diberikan pada suatu film mengakibatkan energi atom-atom
penyusun film berikatan antara satu atom dengan atom lainnya. Efek proses
annealing adalah orientasi kristal yang dimiliki oleh suatu film akan menjadi lebih
teratur dibanding dengan film yang tidak dilakukan proses annealing.

4

X-ray diffraction (XRD)

Gambar 1 Perancangan sampel dengan sumber Sinar-X dan detektor
pada XRD.23
Analisis struktur Kristal dari suatu material dapat dilakukan dengan
metode X-ray diffraction (XRD). Sinar-X adalah suatu radiasi elektromagnetik
yang memiliki panjang gelombang mendekati jarak antar atom pada kristal.
Karena kristal terdiri atas susunan atom-atom yang teratur pada bidang hkl, maka
kristal akan mampu mendifraksikan sinar-X yang melaluinya. Pola intensitas
difraksi memberikan informasi penting mengenai struktur kristalografi suatu
bahan.11
Metode karakterisasi dengan XRD didasari sifat difraksi sinar-X yang
dijelaskan dalam hukum Bragg. Sinar-X yang dihasilkan di suatu tabung sinar
katode menghasilkan karakteristik spektrum sinar-X. Spektrum ini terdiri atas
beberapa komponen dengan panjang gelombang spesifik dari bahan target (Cu,
Cr, Fe, Co, Mo, dan W ). Sebagian energi kinetik elektron yang menumbuk target
berubah menjadi sinar-x. Sinar-x yang dipancarkan pada peristiwa ini terdistribusi
secara kontinu dengan panjang gelombang ( ) yang berbeda.12
Tumbukan antara elektron yang dipercepat dengan atom target bersifat
tidak elastik. Jika energi elektron yang datang memiliki energi yang cukup maka
akan melepaskan elektron pada kulit K, sehingga atom dalam keadaan tereksitasi.
Proses transisi ini akan diikuti oleh pelepasan energi berupa radiasi sinar-x. Sinarx ditembakkan pada material sehingga terjadi interaksi dengan elektron dalam
atom. Ketika foton sinar-x bertumbukkan dengan elektron, beberapa foton hasil
tumbukan akan mengalami pembelokkan dari arah datang awal.13
Kertas perak atau kristal monokrometer sebagai penyaring untuk
menghasilkan sinar-X monokromatik yang diperlukan untuk difraksi. Tembaga
adalah bahan sasaran yang paling umum untuk difraksi kristal tunggal, dengan
radiasi panjang gelombang ( ) (Cu = 1,50546 Å) dihamburkan saat melewati kisi
kristal dengan sudut datang (θ) dan jarak antar bidang sebesar (d). εetode difraksi
sinar-X adalah salah satu cara untuk mempelajari keteraturan atom atau molekul
dalam suatu struktur tertentu. Jika struktur atom atau molekul terletak beraturan
membentuk kisi, maka radiasi elektromagnetik pada kondisi eksperimen tertentu
akan mengalami penguatan. Pengetahuan tentang kondisi eksperimen itu dapat
memberikan informasi yang sangat penting tentang penataan atom atau molekul

5

dalam suatu struktur. Sinar-X dapat terbentuk bilamana suatu logam sasaran
ditembaki dengan berkas elektron berenergi tinggi. Dalam eksperimen digunakan
sinar-X yang monokromatis. Kristal akan memberikan hamburan yang kuat jika
arah bidang kristal terhadap berkas sinar-X (sudut) memenuhi Persamaan (1):
(1)
2d sin  = n
Keterangan: d jarak antar bidang dalam kristal (cm) ,  sudut difraksi ( ° ), n orde
(0,1,2,3,...) dan  panjang gelombang (Cu = 1,50546 Å). 13

Konduktivitas Listrik
Konduktansi listrik (G) adalah kemampuan suatu bahan untuk melewatkan
arus listrik dan dinyatakan dalam satuan siemens (S). Konduktivitas listrik adalah
ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik.14 Nilai
konduktivitas dapat dicari dari Persamaan (2) :
=

(2)

dimana σ, l, G dan A berturut-turut adalah konduktivitas listrik bahan, jarak antar
kontak, konduktansi dan luas penampang.13
Nilai konduktivitas listrik suatu bahan material menunjukkan material
tersebut bersifat isolator, semiknduktor atau konduktor. Besarnya nilai
konduktivitas listrik berbanding terbalik dengan resistansinya. Konduktivitas
listrik akan meningkat jika resistivitas suatu bahan material menurun.15 Nilai
konduktivitas disesuaikan dengan spektrum konduktivitas listrik dan resisitivitas
pada Gambar 2.

Gambar 2 Spektrum Konduktivitas Listrik.2

6

Kapasitor dan Konstanta Dielektrik

Gambar 3 Kapasitor keping sejajar
Kapasitor adalah piranti yang berfungsi untuk menyimpan muatan dan
energi listrik. Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang berdekatan tetapi
terisolasi satu dengan lainnya dan membawa muatan yang sama besar namun
berlawanan. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua buah plat metal yang
dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum
dikenal misalnya udara, vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung
plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul
pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatanmuatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak
dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak
bisa menuju ke ujung kutub positif karena terpisah oleh bahan dielektrik yang
nonkonduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada
ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat
terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan. Kemampuan material
untuk polarisasi dinyatakan sebagai permitivitas ( ) dan permitivitas relatif ( )
adalah perbandingan antara permitivitas material ( ) dengan permitivitas vakum
( 0). Nilai konstanta dielektrik merupakan gambaran kemampuan suatu material
dapat menyimpan muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi kapasitor
sebagai penyimpan muatan.15
Cara perhitungan konstanta dielektrik dapat dilakukan dengan perhitungan
sebagai berikut :
Konstanta dielektrik film adalah :
=
(3)
Dimana :
ε0
A
d
C

= konstanta dielektrik
= permitivitas relatif dalam ruang hampa ( 8,85 x 10-12 F / m)
= luas kontak (m2)
= ketebalan film (m)
= kapasitansi (F)

7

METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Material Elektronika,
Biofisika dan Laboratorium Spektroskopi Departemen Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor,
danLaboratorium MOCVD Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung. Penelitian ini dilaksanakan dari
bulan Agustus 2014 sampai dengan bulan Maret 2015.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah pisau mata intan,
penggaris, pinset, gelas ukur, beaker glass, Bransonic 2510, pipet volumetrik, hot
plate, neraca analitik, reaktor spin coater, gunting, spatula, stop watch, tabung
reaksi, pipet, selotip, doubletip, tissue, sarung tangan karet, LCR meter, masker
serta kawat atau kabel.
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah bubuk Litium asetat
[LiO2C2H3, 31.2569 g/mol], bubuk Tantalum oksida [Ta2O5, 441.8928 g], pelarut
2-metoksietanol [C3H8O2], substrat Si [(100)] tipe-p, deionized water, aseton PA
[CH3COCH3], metanol PA [CH3OH], Aquabindes, kaca preparat, pasta perak,
kawat tembaga halus, dan alumunium foil.
Metode chemical solution deposition (CSD)
Metode CSD merupakan metode pembuatan film dengan cara
pendeposisian atau pengendapan larutan kimia di permukaan substrat, kemudian
dipreparasi dengan menggunakan spin coater pada kecepatan putaran tertentu.
Dalam pembuatan film pada penelitian ini digunakan metode chemical solution
deposition (CSD) karena pada metode ini stoikiometrinya mudah dikontrol
dengan baik, mudah dibuat dan sintesisnya terjadi pada suhu rendah.
Kelajuan spin coater merupakan salah satu faktor yang dapat
mempengaruhi keluaran film yang dihasilkan oleh metode spin coating.
Perbedaan laju spin coater ± 50 rpm dapat menyebabkan perbedaan ketebalan
film yang dihasilkan dari proses tersebut sekitar ± 10 %. Selain kelajuan spin
coater terdapat beberapa parameter lagi yang menjadi faktor yang dapat
mempengaruhi sifat film diantaranya adalah waktu spinning.11
Metode Volumetrik
Metode ini dapat dipakai dengan tepat jika film yang ditumbuhkan di
permukaan substrat terdeposisi secara merata. Metode ini dilakukan dengan cara
menimbang massa substrat sebelum dilapisi film dan menimbang substrat setelah
dilakukan proses annealing dan terdapat film dipermukaannya, sehingga akan
didapatkan massa film yang terdeposisi pada permukaan substrat. Ketebalan film
dari metode ini menggunakan rumus :

8

d=

(4)

Keterangan : d adalah ketebalan film (cm), m1 adalah massa substrat
sebelum ditumbuhkan film (g), m2 adalah massa substrat setelah annealing dan
terdapat film dipermukaannya (g), A adalah luas permukaan film yang terdeposisi
pada permukaan substrat (cm2) dan
adalah massa jenis film yang terdeposisi
3 11
pada permukaan substrat (g/cm ).
Prosedur Penelitian
Persiapan substrat Si (100) tipe-p
Substrat yang digunakan adalah substrat Si (100) tipe-p. Substrat dipotong
membentuk segi empat berukuran 1 cm x 1 cm menggunakan pisau mata intan.
Substrat yang telah dipotong, direndam dalam larutan aseton PA selama 10 menit
sambil digetarkan dengan ultrasonik, substrat direndam dalam deionized water
selama 20 menit sambil
digetarkan dengan ultrasonik, substrat direndam
dalam metanol PA selama 10 menit sambil digetarkan
dengan ultrasonik,
substrat diangkat kemudian rendam dalam deionized water, selanjutnya direndam
selama beberapa detik dengan campuran aquabindes dan deionized water dengan
perbandingan 1:5, tahap terakhir substrat direndam dalam deionized water
selama 90 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik. Setelah selesai semua
tahap pencucian, substrat dikeringkan dengan udara bebas.
Pembuatan larutan LiTaO3 1 M
Film LiTaO3 yang ditumbuhkan pada permukaan substrat silikon tipe-p
dibuat dengan mereaksikan bubuk Litium asetat dan bubuk Tantalum oksida
kemudian ditambah pelarut 2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml. Bahan-bahan
tersebut direaksikan dalam tabung reaksi kemudian digetarkan dengan ultrasonik.
Hasil reaksi berupa larutan LiTaO3 murni. Komposisi massa masing-masing
bahan ditentukan dengan perhitungan stoikiometri, kemudian bahan-bahan
tersebut ditimbang menggunakan neraca analitik.
Penumbuhan film LiTaO3
Penumbuhan film menggunakan metode CSD di permukaan reaktor spin
coater. Metode CSD merupakan pembuatan film dengan cara pendeposisian
larutan bahan kimia di permukaan substrat, kemudian dipreparasi dengan spin
coater pada kecepatan 3000 rpm. Langkah penumbuhan film sebagai berikut :
substrat yang telah dibersihkan, diletakkan di permukaan piringan reaktor spin
coater kemudian 1/3 bagiannya ditutup menggunakan selotip. Bagian 2/3 substrat
ditetesi larutan LiTaO3 sebanyak satu tetes, 3 kali ulangan. Reaktor spin coater
diatur pada kecepatan 3000 rpm selama 30 detik setiap penetesan larutan
LiTaO3. Setelah itu substrat dikeringkan dengan udara bebas pada suhu kamar
laboratorium. Proses penumbuhan film menggunakan metode CSD dapat dilihat
pada Gambar 4.

9

Gambar 4 Proses Penumbuhan Film LiTaO3

Perhitungan ketebalan film LiTaO3
Film LiTaO3 setelah proses annealing dihitung ketebalannya dengan
metode volumetrik menggunakan Persamaan (4). Substrat silikon yang telah
dicuci kemudian ditimbang sebagai massa awal (m1). Substrat silikon yang telah
ditumbuhkan film LiTaO3 di permukaannya setelah proses annealing kemudian
ditimbang sebagai massa akhir (m2). Luas film LiTaO3 di permukaan silikon
diukur menggunakan penggaris. Perhitungan lengkap ketebalan film LiTaO3 dapat
dilihat pada Lampiran 1.
Pembuatan kontak pada film LiTaO3
Proses selanjutnya adalah pembuatan kontak. Diawali dengan cara
membuat pola kontak pada film yang berukuran 1 mm x 1 mm menggunakan
aluminium foil. Setelah itu dilakukan proses metalisasi di Lab MOCVD Fisika
ITB. Selanjutnya pemasangan kawat tembaga halus menggunakan pasta perak
pada kontak. Film LiTaO3 tampak samping yang telah ditumbuhkan pada substrat
Si tipe-p dan telah dipasang kontak dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5 LiTaO3 tampak depan

10

Annealing

Gambar 6 Proses Annealing
Proses annealing bertujuan untuk mendifusikan larutan LiTaO3 dengan
substrat silikon. Proses annealing dilakukan secara bertahap menggunakan
furnace VulcanTM 3-130. Pemanasan dimulai pada suhu ruang kemudian naik
hingga suhu annealing yang diinginkan dengan kenaikan suhu 1,67 oC/menit.
Setelah itu substrat divariasikan suhu annealing 550 oC, 575 oC, 600 oC, dan 625
o
C kemudian suhu annealing tersebut ditahan konstan selama 8 jam. Selanjutnya
dilakukan proses pendinginan sampai didapatkan kembali suhu ruang. Proses
annealing dapat dilihat pada Gambar 6.
Karakterisasi Film LiTaO3
X-ray diffraction (XRD)
Analisis XRD merupakan metode untuk mengidentifikasi struktur kristal
film LiTaO3. Data hasil karakterisasi XRD digunakan untuk mengidentifikasi
struktur kristal yang terbentuk dan menghitung parameter kisi. Puncak-puncak
yang diperoleh dari data pengukuran kemudian disesuaikan dengan standar
difraksi dengan sinar pada radiasi gelombang Cu di data JCPDS.16

11

Sifat Optik

Kabel FO

Kabel FO

Sumber
Komputer
Spektrofotometer

caya
Kabel FO
sampel

Gambar 7 Set-up alat uji optik
Karakterisasi sifat optik dilakukan untuk mempelajari tingkat absorbansi
dan reflektansi film LiTaO3 menggunakan spektrofotometer UV-VIS ocean optics
USB 2000 oceanoptic. Kondisi eksperimen peralatan dapat dilihat pada Gambar 7.
Data yang diperoleh berupa kurva absorbansi terhadap panjang gelombang. Dari
data tersebut dapat dianalisa dan dihitung nilai energy gap. Penentuan energi gap
didapat dengan mengolah data absorbansi. Analisanya adalah dengan memplot
hubungan koefisien absorpsi terhadap energi foton yang diberikan ke sampel
melalui persamaan Tauc Plot.17
(5)
dengan
Penentuan energi gap dilakukan dengan cara membuat grafik hubungan
(hv) dan hv memakai nilai koefisien absorpsi () dan nilai eksponen (n) yang
didapat dari langkah sebelumnya. Dari grafik tersebut, dicari nilai gradien
maksimum antara dua data terdekat, kemudian dicari persamaan garisnya. Dari
persamaan garis tersebut didapatkan nilai energi gap.
n

Konduktivitas Listrik
Konduktivitas listrik diukur menggunakan LCR meter dengan berbagai
variasi frekuensi 100 - 1000 kHz. Dari alat tersebut diperoleh nilai konduktansi
(G). Data konduktansi ini digunakan untuk menghitung nilai konduktivitas listrik.
Nilai konduktivitas dapat dicari dari Persamaan (2), halaman 5.
Konstanta Dielektrik
Konstanta dielektrik diperoleh dari nilai kapasitansi film. Nilai kapasitansi
dapat diukur dengan menggunakan alat LCR meter. Pengukuran nilai kapasitansi
dilakukan pada frekuensi 100 - 1000 kHz. Setelah didapat nilai kapasitansi maka
nilai konstanta dielektrik dapat dicari berdasarkan Persamaan (3).

12

HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Kristal
Film LiTaO3 ditumbuhkan di atas permukaan substrat Si tipe-p, kemudian
dilakukan proses annealing dengan variasi suhu yang digunakan adalah 550 ˚C,
575 ˚C, 600 ˚C dan 625 ˚C. Film δiTaO3 setelah proses annealing dihitung
ketebalannya dengan metode volumetrik menggunakan Persamaan (4).
Perhitungan lengkap ketebalan film dapat dilihat pada Lampiran 3.
Ketebalan film LiTaO3 berkisar antara 1,0514 – 46,085 m. Ketebalan film
LiTaO3 bervariasi disebabkan karena beberapa faktor yang mendukung yaitu
pengaruh suhu annealing pada substrat. Proses terjadinya film disebabkan atom
berdifusi di sekitar substrat sehingga meningkatkan laju penumbuhan film. Ketika
suhu substrat mencapai suhu optimum, atom terbentuk difusi atom menyebar
secara merata di permukaan substrat sehingga meningkatkan laju penumbuhan
film menurun. Selain itu, metode CSD bergantung pada keterampilan penetesan
larutan di permukaan spin coater.18 Hasil pengeringan teroksidasi udara bebas dari
penetesan larutan menyebabkan ketebalan film berbeda, ada film yang menjadi
kering dan membentuk pori-pori remah.
Ketebalan film mempengaruhi energy gap. Variasi suhu annealing
mempengaruhi energy gap dari film LiTaO3. Pada penelitian ini diperoleh energy
gap film LiTaO3 pada penelitian ini diperoleh pada rentang nilai 2.752 eV – 2.952
eV. Nilai ini berbeda jauh karena pengaruh suhu annealing di rentang sekitar suhu
curie.
Karakterisasi XRD dilakukan untuk mengidentifikasi struktur kristal yang
terbentuk dan menghitung parameter kisi. Puncak-puncak yang diperoleh dari data
pengukuran kemudian disesuaikan dengan standar JCPDS ICDD LiTaO3. Pola
XRD mengindikasikan sampel tereduksi disebabkan sifat kristal yang dimiliki
LiTaO3. Puncak yang terbentuk dari struktur kristal berupa puncak tajam karena
memiliki derajat keteraturan yang tinggi, sedangkan pada amorf puncak-puncak
yang dihasilkan sangat landai karena memiliki derajat keteraturan yang sangat
rendah.11,18
Pada Gambar 8 Spektral pola difraksi sinar-X film LiTaO3 pada substrat
silikon tipe-p mengalami keteraturan. Puncak-puncak difraksi yang terbentuk
mengindikasikan partikel film memiliki distribusi orientasi kristal. Dari puncakpuncak difraksi tersebut dapat ditentukan indeks miller (h k l) dengan
menganggap struktur kristal LiTaO3 merupakan struktur heksagonal. Kristal Film
LiTaO3 pada suhu annealing 600 ˚C menunjukkan kualitas yang lebih baik
karena mengalami intensitas yang kuat dibandingkan dengan lainnya. Adanya
ketidakmurnian LT dikarenakan larutan LiTaO3 dan larutan 2-Metoksi etanol
mengalami proses homogenisasi tidak sempurna sehingga terbentuk senyawa
pengotor dari udara bebas.

13

Gambar 8 Spektral pola difraksi sinar-X film LiTaO3 setelah proses annealing
pada suhu 550 ˚C, 575 ˚C, 600 ˚C, dan 625 ˚C
Tabel 1 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur heksagonal
Suhu
Annealing

Parameter kisi (Å)
a=b

c

Literatur
a=b

Literatur
C

550 ˚C

5.196

13.905

5.153

13.755

575 ˚C

4.239

9.2986

5.153

13.755

600 ˚C

5.193

13.893

5.153

13.755

625 ˚C

5.196

13.905

5.153

13.755

Tabel 1 memperlihatkan parameter kisi a,b dan c film nilainya hampir
bersesuaian dengan literatur. Dalam data JCPDS ditemukan LT memiliki struktur
kristal heksagonal dengan parameter kisi LT yang diperoleh dari perhitungan
didapatkan parameter kisi a=b= 5.192741 Å dan kisi c= 13.89362 Å.

14

Hasil Karakterisasi Sifat Optik
Pengambilan data dari spektofotometer teramati fenomena interaksi
sampel dengan panjang gelombang yang dibangkitkan oleh sumber lampu
tungsten dengan intensitas lampu 5 watt. Karakterisasi sifat optik dilakukan untuk
mempelajari tingkat absorbansi dan reflektansi film LiTaO3 terhadap panjang
gelombang cahaya dari 400-1000 nm merupakan panjang gelombang cahaya
tampak.
Setelah dilakukan karakterisasi diperoleh suhu 625 oC merupakan yang
terbaik karena absorbansinya paling tinggi. Nilai absorbansi yang tinggi
menunjukkan bahwa film LiTaO3 banyak menyerap energi foton dari cahaya yang
mengenainya. Gambar 9 menunjukkan hubungan absorbansi dan panjang
gelombang film LiTaO3 setelah proses annealing.
Fenomena reflektansi (pemantulan) pada sampel ini dipantulkan karena
foton yang menumbuk sampel mengalami pemantulan, hal ini berlawanan dengan
absorbansi.15 Gambar 10 memperlihatkan reflektansi pada rentang 400-1000 nm.
Hasil reflektansi dari sampel ini diperoleh pemantulan 7 - 60 %.
Transmitansi menentukan keterkaitan antara besarnya intensitas
gelombang yang ditransmisikan dengan ketebalan lapisan material yang dilalui
oleh gelombang. Hubungan antara transmitansi dan panjang gelombang
diperlihatkan pada Gambar 11. Hasil transmitansi dari sampel ini diperoleh
transmitansi 2 - 7 %.

Gambar 9 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3

Gambar 10 Hubungan reflektansi dan panjang gelombang film LiTaO3

15

Gambar 11 Hubungan antara transmitansi dan panjang gelombang film LiTaO3
Celah Energi (Energy Gap)
Pengukuran sifat optik dapat menentukan energy gap material semikonduktor. Transisi elektronik yang terjadi akibat foton bergantung pada energy
gap.19 Energy gap adalah energi minimal yang diperlukan elektron untuk dapat
berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Elektron yang berpindah ke pita
konduksi dengan penambahan energi eksternal berasal dari medan listrik
eksternal. Ketika material semikonduktor disinari maka foton diserap sehingga
menimbulkan pasangan elektron hole. Perhitungan energy band gap dari absorpsi
dengan metode Tauc Plot.20 Ekstrapolasi ( h )2 ke 0, dengan sumbu x adalah hv
dan sumbu y adalah
, dimana
adalah koefisien absorbansi. Koefisien
absorbansi optis diperoleh dari spektrum absorbansi dengan harga ketebalan
lapisan film yang didapatkan dari metode volumetrik pada sumbu-x dan (h ) pada
sumbu-y dimana merupakan koefisien absorpsi dan h adalah energi foton.
Nilai energi gap diperlihatkan pada Gambar 12. Hasil penelitian yang
diperoleh energy gap pada film LT sebesar 2.649 eV, 2.949 eV, 2.744 eV, dan
2.752 eV. Hasil ini memperlihatkan kenaikan energi termal diakibatkan kenaikan
suhu annealing. Perolehan ini karena tanpa pendadahan sehingga energi gap
kurang dari 3 eV.

16

(a)

(b)
(b)

(c)

(d)
Gambar 12 Energi Gap film LiTaO3 pada suhu (a) 550 ˚C, (b) 575 ˚C, (c) 600 ˚C
dan (d) 625 ˚C

17

Konduktivitas
Pengukuran nilai konduktivitas listrik film dilakukan dalam kondisi lampu
tungsten dengan intensitas 5 Watt bertujuan untuk mengetahui material pada film
ini bersifat isolator, semikonduktor atau konduktor. Besarnya nilai konduktivitas
berbanding terbalik dengan resistansi. Konduktivitas listrik akan meningkat jika
resistansi suatu bahan material menurun.21 Semakin meningkatnya konduktivitas
listrik disebabkan oleh ketebalan film yang semakin besar. Tebal film meningkat
karena grand size butir kristal membesar.22 Selain itu pengaruh dari frekuensi
yang diberikan meningkatkan nilai konduktivitas listrik film LiTaO3.
Berdasarkan literatur suatu bahan material dikatakan bersifat
semikonduktor jika nilai konduktivitas listrik film yang diperoleh dalam rentang
spektrum 10-3 – 109 S/cm.23 Pengukuran konduktivitas listrik film menggunakan
LCR meter model HIOKI 3522-50.
Tabel 2 Hubungan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film
LiTaO3
Suhu Annealing
Film LiTaO3 (˚ C)

Konduktivitas listrik (S/cm)

550
575
600

5.35 x 10-7
1.44 x 10-5
1.75 x 10-3

Tabel 2 memperlihatkan kenaikan suhu annealing menaikkan
konduktivitas listrik film. Hal ini dapat disimpulkan bahwa semakin
meningkatnya suhu annealing berbanding lurus dengan kenaikan konduktivitas
listrik film. Peningkatan konduktivitas ini elektron tereksitasi dari pita valensi ke
pita konduksi.

18

Konstanta Dielektrik
Konstanta dielektrik merupakan gambaran bahwa material tersebut dapat
menyimpan muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi kapasitor sebagai
penyimpan muatan. Ketika sebuah dielektrik disisipkan dalam ruang antara
keping – keping kapasitor, kapasitansi kapasitor akan meningkat. Nilai konstanta
dielektrik diperoleh berdasarkan Persamaan (3.5). Pengukuran nilai konstanta
dielektrik dilakukan pada suhu annealing.
Konstanta dielektrik (k) diperoleh ketika diberikan frekuensi sehingga
menghasilkan k yang berbeda. Nilai konstanta dielektrik LiTaO3 diperoleh
dengan kisaran antara 2,05 – 43,9. Cara perhitungan mencari nilai konstanta
dielektrik dari film LiTaO3 dapat dilihat pada lampiran 7.
Pada Gambar 14, ketika suhu annealing pada film LT suhu 600 ⁰C
menunjukkan nilai konstanta dielektriknya semakin meningkat sebaliknya pada
suhu 625 ⁰C. Faktor penting yang mempengaruhi konstanta dielektrik yaitu suhu
annealing. Seiring dengan kenaikan suhu annealing pada film, diduga
menurunkan nilai konstanta dielektrik. Hal ini dapat disebabkan oleh
berkurangnya konsentrasi zat karena penguapan yang terjadi semakin besar maka
nilai kapasitansinya semakin kecil. Penurunan nilai kapasitansi menjadikan nilai
konstanta semakin kecil.

Gambar 14 Hubungan konstanta dielektrik dan frekuensi film LiTaO3 pada suhu
annealing 600 ˚C dan 625 ˚C

19

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Film LiTaO3 telah berhasil dibuat dengan suhu annealing 550 ˚C, 575 ˚C,
600 ˚C, dan 625 ˚C pada waktu tahan tetap κ jam. Hasil karakterisasi sifat
listrikLiTaO3 yang diperoleh berkisar antara (10-5 sampai 10-2) S/cm merupakan
material semikonduktor. Konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik film
meningkat dengan kenaikan suhu annealing. Disimpulkan bahwa suhu annealing
mempengaruhi sifat listrik film. Dari hasil karakterisasi sifat optik sampel dengan
suhu 625 ˚C menyerap cahaya tampak paling banyak. Karakterisasi XRD dapat
disimpulkan bahwa film LiTaO3 berstruktur heksagonal dan film yang memiliki
struktur kristal paling baik yaitu film LiTaO3 dengan suhu annealing 600 ˚C.
Analisis energy gap film LiTaO3 diperoleh 2.255 – 2.949 eV.
Saran
Saran dalam penelitian selanjutnya sifat kristal LiTaO3 dilakukan pada
annealing tidak melebihi suhu Curie (601 5,5) oC. Selanjutnya, film LiTaO3
diaplikasikan untuk pengembangan alat instrumentasi berbasis sensor inframerah.
DAFTAR PUSTAKA
1. Uchino K. Ferroelectric Devices. New York : Marcel Dekker, Inc., 2000.
2. Irzaman, Maddu A, Syafutra H dan Ismangil A. Uji konduktivitas listrik dan
dielektrik film tipis lithium tantalite (LiTaO3) yang didadah niobium
pentaoksida (Nb2O5) menggunakan metode chemical solution deposition. Di
dalam : Prosiding Seminar Nasional Fisika. Hlm 175-183., 2010.
3. Ismangil A. Uji Sifat Listrik Film Tipis Ferroelektrik Litium Tantalat
(LiTaO3) Didadah Niobium Pentaoksida (Nb2O5) Menggunakan Metode
Chemical Solution Deposition [skripsi]. Bogor (ID): FMIPA, IPB., 2010.
4. Seo, J.Y, S.W, Park. Chemical mechanical planarization characteristic
of ferroelectric film for FRAM applications. 2004. J. of Korean Physics
Society. 45 (3). 769-772.
5. Alexei L. Alexandrovski, Gisele F., and Route R.K. UV and visible absorption
in LiTaO3. 1999. SPIE Conference on Laser Material Crystal Growth and
Nonlinear Materials and Devices. San Jose, CA.
6. Irzaman, Darvina Y, Fuad A, Arifin P, Budiman M, Barmawi M. Physical and
pyroelectric properties of tantalum oxide doped lead zirconium titanate
[Pb0.9950(Zr0.525Ti0.465Ta0.010)O3] thin films and its applications for IR sensor.
Physical Status Solidi (a) Germany 2003; 199.
7. Saito T.I. Kimia Anorganik. Permiission of Iwanami Shaten
Publisher. 1996.
8. Poole C. P. The Physics Handbook Fundamentals and Key Equations. New
York : John Wiley and Son, Inc. 1998

20

9. Chaidir A, Kisworo D. Pengaruh pemanasan terhadap struktur-mikro,sifat
mekanik dan korosi paduan Zr-Nb-Sn-Fe. [Hasil-hasil Penelitian EBN].
ISSN 0854-5561. 2007.
10.Yuliyan, NH. Sifat Kristal dan Sifat Listrik Film Litium Tantalat
Silikat
(LiTaSiO5) terhadap Variasi Suhu serta Waktu Annealing. [skripsi]. Bogor
(ID): FMIPA, IPB. 2013.
11.Setiawan A. Uji sifat listrik dan optik BST yang
didadah niobium
(BSNT) ditumbuhkan di atas substrat Si (100) tipe-p dan gelas corning
dengan penerapannya sebagai fotodiode [skripsi]. Bogor (ID): FMIPA,
IPB. 2008.
12. Kwok K N. Complete to Semiconductor Devices. New York: McGraw Hill,
Inc. 2001.
13. Cullity, B.D. Elements Of X-Ray Diffraction. Massachusetts, Addison Wesley
Publishing Company. 1956.
14. Kirev,P. S. Semiconductor Physic. Moscow :MIR Publisher. 1975.
15. Arief A, Irzaman, Dahrul M, Syafutra H.. Uji Arus Tegangan Film Tipis
Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan pendadah Niobium Penta Oksida sebagai Sensor
Cahaya. Prosiding. ITB-Bandung 2010: hal. 206-212.
16. JCPDS. International Centre for Diffraction Data. USA : Campus
Boulevard. 1997.
17. Akbar,H. Karakterisasi Optik dan Listrik Film Ba0.55Sr0.45tio3 sebagai
Cikal Bakal Sensor Kadar Gula Darah. [skripsi]. Bogor (ID): FMIPA IPB.
2014.
18. Astuti,Y. Pembuatan Dan Karakterisasi Film Litium Tantalat (LiTaO3)
Terhadap Variasi Suhu Dan Waktu Annealing. [skripsi]. Bogor (ID):
FMIPA IPB. 2012.
18. Tipler P.A. Physics for Scientist and Engineers. Worth Publisher Inc. 1991.
19. Sarastika, N. Arus Saturasi, Hambatan Seri, Hambatan Paralel dan Energi
Gap pada Film Feroelektrik BaxSr1-xTiO3 (0.5, 0.6, 0.7, 0.8). [skripsi].
Bogor (ID): FMIPA, IPB. 2015.
20. Pontes FM, et al. Ferroelectric and optical properties of Ba0.8Sr0.2TiO3 thin
Film.[abstract]. J. Apply Phys. 2002;91(9).
21. Iskandar, J. Uji Sifat Listrik dan Sifat Struktur Fotodioda Ferroelektrik Film
Barium Strontium Titanate (Ba0,5Sr0,5TiO3) berdasarkan Perbedaan Waktu
Annealing. [skripsi]. Bogor (ID):FMIPA, IPB. 2011.
22. Ismangil, A, Renan JP, Irmansyah, dan Irzaman. Development of lithium
tantalite (LiTaO3) for automatic switch on LAPAN - IPB Satellite infra-red
sensor. J. Environmental Sciences. 2015.Vol. 24 p. 329 – 334.
23. Anonim. XRD [Internet]. [Waktu dan tempat tidak diketahui].
Tersedia pada: http://web.pdx.edu/~pmoeck/phy381/Topic5a-XRD.pdf.2015

21

Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian
Mulai

Persiapan bahan
dan Alat
Persiapan
Substrat Si (100)

Pembuatan
Larutan LiTaO3

Litium
Asetat
(Li CH CHO
Penumbuhan Film LiTaO3
dengan metode CSD dengan spin
coating 3000 rpm

Proses Annealing
Berhasil
Perhitungan Ketebalan Film
Karakterisasi XRD
Karakterisasi Optik
Pengolahan dan Analisis Data
Penulisan Skripsi

Selesai

Tantalum
(Ta2O5)

2-metoksi
etanol

22

Lampiran 2 Bahan dan Alat Pembuatan Film LiTaO3
Bahan Utama Film Tipis

(a)
Tantalum

(c)
Furnace model

(e)
Spin Coater
dengan kecepatan
2000 rpm

(b)
Litium Asetat

(d)
Neraca Analitik

(f)
Bransonic 2510

23

Lampiran 3 Perhitungan ketebalan Film LiTaO3
Metode Volumetrik
Keterangan :
(cm)
(g)
(g)
(cm )
2

(g/cm3)
Film LiTaO3 setelah proses annealing 550 ˚C, 8 jam
1. m2= 0,1244 g; m1=0,1041g; film =7,45 g/cm3 ; A=0,6 cm2
2. m2= 0,1329 g; m1=0,1296g;
3. m2=0,1395 g; m1=0,1385g;

film =7,45
film =7,45

g/cm3 ; A=0,6 cm2

g/cm3 ; A=0,6 cm2

Film LiTaO3 setelah proses annealing 575 ˚C, 8 jam
1. m2 = 0,1470 g;m1=0,1163 g; film =7,45 g/cm3;A=0,6 cm2
2.m2 = 0,1388 g;m1=0,1398 g;

film =7,45

g/cm3;A=0,6 cm2

3.m2 = 0,1145 g; m1=0,1111 g;

film =7,45

g/cm3; A=0,6 cm2

Film LiTaO3 setelah proses annealing 600 ˚C, 8 jam
1.m2 = 0,1385 g;m1=0,1207 g; film =7,45 g/cm3 ; A=0,6 cm2
2.m2 = 0,1126 g;m1=0,092 g;

film =7,45

3. m2= 0,1419 g;m1= 0,1478 g;

g/cm3 ; A=0,6 cm2

film =7,45

g/cm3 ; A=0,6 cm2

Film LiTaO3 setelah proses annealing 625 ˚C, 8 jam
1.m2 = 0,107 g; m1=0,1086 g; film = 7,45 g/cm3; A=0,6 cm2
2.m2=0,1199 g; m1=0,1158 g;
3. m2=0,1480 g; m1=0,1491 g;

film =

7,45 g/cm3; A=0,6 cm2

film =

7,45 g/cm3; A=0,6 cm2

24

Lampiran 4 Data XRD
 Software JCPDS

Tabel 3 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 setelah proses annealing 550 ˚C, κ jam
Nomor
Puncak
1

h k l

2θ

Θ

0 1 2

23.94

11.97

2

1 0 4

32.96

16.48

3

1 1 0

34.98

4

2 0 2

5

2

γ

2θ

sin22θ

sin2θ

0.20881

0.164500124

0.042971588

Θ

1

4

16

4 0.41762

1

1

16

256

16 0.5749689

0.28748445

0.295727893

0.080395392

17.49

3

9

0

0

0 0.6102067

0.30510335

0.328371253

0.090235206

42.84

21.42

4

16

4

16

16 0.74732

0.37366

0.461958633

0.133243485

0 2 4

48.8

24.4

4

16

16

256

64 0.8521289

0.42606445

0.566532812

0.170808875

6

1 1 6

53.64

26.82

3

9

36

1296

0.46786

0.648067535

0.203380519

7

1 2 2

56.32

28.16

7

49

4

16

0.49123556

0.692009846

0.222515705

102

144

5952

3.06132555

3.867183356

1.174370426

Σ

1

γ2

Γ

24

108 0.93572
28 0.9824711
300

6.1226511

25

26

26

Tabel 4 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 setelah proses annealing 575 ˚C, κ jam
Nomor
2
h k l
2θ
Θ
Γ
γ2
2θ
γ
Puncak
1
0 1 2
23.94
11.97
1
1
4
16
4 0.41762

sin22θ

sin2θ

0.20881

0.164500124

0.042971588

Θ

2

1 0 4

32.96

16.48

1

1

16

256

16 0.5749689

0.28748445

0.295727893

0.080395392

3

1 1 0

34.98

17.49

3

9

0

0

0 0.6102067

0.30510335

0.328371253

0.090235206

4

2 0 2

42.84

21.42

4

16

4

16

16 0.74732

0.37366

0.461958633

0.133243485

5

0 2 4

48.8

24.4

4

16

16

256

64 0.8521289

0.42606445

0.566532812

0.170808875

6

1 1 6

53.64

26.82

3

9

36

1296

0.46786

0.648067535

0.203380519

7

1 2 2

56.32

28.16

7

49

4

16

28 0.9824711

0.49123556

0.692009846

0.222515705

8

0 1 8

57.5

28.75

1

1

64

4096

64 1.0030556

0.5015278

0.710847965

0.231135706

9

2 1 4

61.169

30.5845

7

49

16

256

112 1.067059

0.53353

0.766999

0.258649

10

3 0 6

76.218

37.609

9

81

36

1296

324 1.312136

0.656068

0.934575

0.372107

40

232

196

4.250923

0.635805

0.801743

Σ

38416

108 0.93572

7840

8.501847

27

Tabel 5 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 setelah proses annealing 600 ˚C, κ jam
Nomor
2
h k l
2θ
Θ
Γ
γ2
2θ
γ
Puncak
1
0 1 2
23.94
11.97
1
1
4
16
4 0.41762

sin22θ

sin2θ

0.20881

0.164500124

0.042971588

Θ

2

1 0 4

32.96

16.48

1

1

16

256

16 0.5749689

0.28748445

0.295727893

0.080395392

3

1 1 0

34.98

17.49

3

9

0

0

0 0.6102067

0.30510335

0.328371253

0.090235206

4

2 0 2

42.84

21.42

4

16

4

16

16 0.74732

0.37366

0.461958633

0.133243485

5

0 2 4

48.8

24.4

4

16

16

256

64 0.8521289

0.42606445

0.566532812

0.170808875

6

1 1 6

53.64

26.82

3

9

36

1296

0.46786

0.648067535

0.203380519

7

1 2 2

56.32

28.16

7

49

4

16

28 0.9824711

0.49123556

0.692009846

0.222515705

8

0 1 8

57.5

28.75

1

1

64

4096

64 1.0030556

0.5015278

0.710847965

0.231135706

24

102

144

5952

Σ

108 0.93572

300

6.123491

3.061746

3.867183356

1.174370426

27

28

γ sin2θ

sin2θ

Γ

sin2θ

1.64500124

6.580004957

1.645001239

0.042971588

0.171886354

0.070688316

2.957279

47.31646126

2.957278829

0.080395389

1.286326229

0.237751583

3.283712

0

9.851136661

0.270705588

0

0.296306416

4.619586

18.47834534

18.47834534

0.532973938

0.5327973

0.61552978

5.657002

90.51202839

22.6280071

0.681971438

2.727885752

0.964478409

6.480675

233.3043126

19.44202605

0.610141558

7.321698699

1.318043119

6.920099

27.68039426

48.44068995

1.55760911

0.890062806

1.539830587

7.108479

454.9426717

7.108479245

0.231135687

14.79268396

1.643023233

Tabel 6 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 setelah proses annealing 625 ˚C, κ jam

Nomor
Puncak

2

sin2 2θ

Αγ

Sin2 θ

2

k L

2θ

Θ

1

0

1 2

23.94

11.97

1

1

4

16

4

0.41762

0.20881

0.164500124

0.042971588

2

1

0 4

32.96

16.48

1

1

16

256

16

0.57496

0.28748445

0.295727893

0.080395392

3

1

1 0

34.98

17.49

3

9

0

0

0

0.61020

0.30510335

0.328371253

0.090235206

4

2

0 2

42.84

21.42

4

16

4

16

16

0.74732

0.37366

0.461958633

0.133243485

5

0

2 4

48.8

24.4

4

16

16

256

64

0.85212

0.42606445

0.566532812

0.170808875

6

1

1 6

53.64

26.82

3

9

36 1296

108

0.93572

0.46786

0.648067535

0.203380519

7

1

2 2

56.32

28.16

7

49

0.692009846

0.222515705

23

101

Σ

Γ

γ2

h

4

16

28

0.98247

0.49123556

80

1856

236

5.12043

2.560218

3.867183356 1.174370426

29

30

2

cccc

17.440646
4.1762
4 5.7496
89
6.10206
7
7.4732
2
8.5212
9.3752
9.8247
1

Γ

17.4406 16.704 4.1762
8
5.74968
33.0589 91.99502
02
9
236
37.2352
0 18.3062
2217
29.892 29.8928
55.8487
72.61236
62
87.5571
918
96.5249
484

sin2θ

γ sin2θ

sin2θ

0.20881
0.28748

0.83524

0.872032

4.5997
51751
0

1.652946
1.86176

0.9153

1.4946
4
16.7048
136.3406 34.085 1.70425 6.8170
3
8
336.85 28.071 4 1.4035
16.842
9292
996
39.2988
68.7729. 6.8170 1.96494
4
2
1.4946

2.7924
3.6306
4.3778
4.82624
7

31

Lanjutan Lampiran 4
Mencari parameter kisi heksagonal untuk puncak banyak,
Jarak antar bidang, d
(1)
Menurut Bragg:
(2)
Penggabungan persamaan (1) dan (2) menghasilkan:
(

)

atau

Untuk memperoleh nilai parameter kisi menggunakan hubungan,
(

)

akan diperoleh bentuk
Keterangan:
Nilai C, B, dan A dapat diperoleh dari 3 persamaan menggunakan metode
Cramer:

[1] Nilai parameter kisi LiTaO3 setelah proses annealing 600 oC, 8 jam
4,007905 = 102,0000 C + 300,0000 B + 130,55096 A
27,72351 = 300,0000 C + 5952,0000 B + 878,81421 A
6,685651 = 130,55096 C + 878,8142 B + 215,99393 A
Menjadi ben